Как определяют плотность древесины

Плотность древесины определяют при ее влажности в момент исследования и в абсолютно сухом состоянии.

Определение плотности древесины при влажности в момент исследования выполняется на образцах 20 х 20 х 30 мм (последний размер вдоль волокон). Образцы должны иметь прямые углы и гладкие поверхности. Размеры поперечного сечения и длину (a, b и I) измеряют штангенциркулем по осям симметрии образцов. Объем образца вычисляют с точностью до 0,01 см 3 . Сразу после измерений образец взвешивают и вычисляют плотность по формуле:

Mw — масса образца при влажности W, г;

Vw — объем образца при влажности W, см 3 .

Найденную плотность пересчитывают на стандартную (12%) влажность древесины:

Pm (12) = P M (W ) (1 + 0,01 (1 — ko ) — ( 12 — W))

Где ко — коэффициент объемного высушивания,%;

Если не определялся коэффициент объемного высушивания, то при пересчете для бука, березы и лиственницы значение его принимают равным 0,6, а для других пород древесины — 0,5.

Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии определяется на образцах размером 20 х 20 х 30 мм (последний размер вдоль волокон). Образцы высушивают в течение трех часов при температуре 50-60 ° С. После этого образцы высушивают в сушильном шкафу при температуре 103 ± 2 ° С до постоянной массы. Высушенные образцы взвешивают и замеряют штангенциркулем размеры поперечного сечения (а0, b0) и длину 10 по всем осям симметрии образцов.

Плотность образцов в абсолютно сухом состоянии определяют по формуле:

Где m0 — масса образца в абсолютно сухом состоянии, г; a 0, b0, 10 — размеры образца, см.

7.1 Цель и содержание работы

Целью работы является ознакомление с методом определения плотности древесины.

Содержание работы включает:

– определение плотности древесины при данной влажности;

– определение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии;

– определение базисной плотности древесины;

– обработку результатов и формулирование выводов.

Краткая теория

Плотность материала характеризуется отношением его массы к объёму. Плотность древесины представляет собой объёмную массу и измеряется в килограммах на кубический метр.

Плотность древесины в большей степени зависит от влажности, поэтому при изучении этого свойства рассматривают следующие показатели: плотность влажной древесины rw , плотность абсолютно сухой древесины rо и базисную плотность rб, плотность при стандартной влажности, равной 12%, r12.

Для расчетов, особенно в области сушки древесины удобно иметь характеристику плотности не зависящую от влажности древесины. Такой характеристикой является базисная плотность rб – отношение массы образца в абсолютно- сухом состоянии к объёму его при влажности не ниже предела насыщения клеточных стенок.

Определение плотности древесины проводится согласно ГОСТ 16348.1-73.

Аппаратура и материалы

Образцы различных пород древесины в форме прямоугольной призмы с основанием 20х20мм и длиной вдоль волокон 25±5 мм с влажностью W ≥ 30 %, штангенциркуль с погрешностью 0,01 мм, сушильный шкаф, электронные весы с точность взвешивания 0,1 г.

Проведение работы

7.4.1 Определение плотности древесины при влажности в момент испытаний

Образцы древесины, размерами 20х20х25±5 мм взвешивают с погрешностью не более 0,01 г, измеряют штангенциркулем размеры с погрешностью не более 0,1 мм и вычисляют объем.

Плотность при влажности в момент испытаний rw, кг/м 3 (г/см 3 ) вычисляют по формуле

, (7.1)

где mw – масса образца, кг (г);

aw, bw – размеры поперечного сечения образца, м (см);

Vw – объём образца, м 3 (см 3 ).

Результаты испытаний заносят в протокол (таблица 7.1).

Таблица 7.1 – Протокол определения плотности древесины при влажности в момент испытания

Читайте также:  Глянцевая эмаль для мдф
Маркировка образцов Порода Размеры образцов, см Объём образцов, см 3 Масса образца, г Влажнось, % Плотность при влажности в момент испытаний, г/см 3 Примечание
Толщина Ширина Длина

7.4.2 Определение плотности древесины в абсолютно сухом состоянии

Образцы древесины размерами 20х20х25±5 мм предварительно подсушивают в течении трёх часов при температуре 50…60°С, затем высушивают до постоянной массы, периодически взвешивая через 30 мин с погрешностью не более 0,01 г. После этого измеряют штангенциркулем размеры образца древесины с погрешностью не более 0,1 мм и определяют его объем.

Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии r, кг/м 3 (г/см 3 ), вычисляют по формуле

, (7.2)

где m масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг(г);

а, b – размеры поперечного сечения в абсолютно сухом состоянии, м(см);

V – объём образца в абсолютно сухом состоянии, м 3 (см 3 ).

Результаты испытаний заносят в протокол (таблица 7.2).

Таблица 7.2 – Протокол определения плотности древесины в абсолютно сухом состоянии

Маркировка образцов Порода Размеры образцов, см Объём образцов, см 3 Масса образца, г Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии, г/см 3 Примечание
Толщина Ширина Длина

5.4.3 Определение базисной плотности

Базисную плотность rб, кг/м 3 (г/см 3 ), вычисляют по формуле

, (7.3)

где m – масса образца в абсолютно сухом состоянии, кг (г);

amax, bmax ,lmax – размеры образца при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, м (см);

Vmax – объём образца при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, м 3 (см 3 ).

Результаты испытаний и расчётов заносят в протокол (таблица 7.3).

Таблица 7.3 – Протокол определения базисной плотности древесины

Маркировка образцов Порода Размеры образцов, см Объём образцов при влажности равной или большей предела насыщения клеточных стенок, см 3 Масса образца абсолютно сухом состоянии, г Базисная плотность, г/см 3 Примечание
Толщина Ширина Длина

Примерные значения плотности древесины для основных древесных пород приведены в таблице 7.4.

Таблица 7.4 – Примерные значения плотности

Порода Плотность в абсолютно сухом состоянии кг/м 3 Базисная плотность, ρб, кг/м 3 Порода Плотность в абсолютно сухом состоянии кг/м 3 Базисная плотность ρб, кг/м 3
Лиственница Ясень
Сосна Бук
Ель Вяз
Кедр Берёза
Пихта Ольха
Граб Осина
Дуб Липа
Клён Тополь

Обработка результатов

Результаты измерений и расчетов оформляют в соответствии с выше- изложенной методикой в виде протокола испытаний (таблица 7.2, 7.3, 7.4).

Приводят среднестатистические значения определяемых показателей.

Делают выводы по работе.

7.6 Контрольные вопросы

1 Плотность древесины при данной влажности

2 Плотность древесины в абсолютно сухом состоянии

3 Базисная плотность древесины

4 От чего зависит базисная плотность древесины

5 Формула для определения базисной плотности древесины

6 Как влияет влажность на плотность древесины

Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).

Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.

Плотность материала характеризуется отношением массы тела к объему, поэтому плотность древесины должна представлять собой именно объемную массу, а не объемный вес (как это до сих пор встречается в справочной и учебной литературе). Дело в том, что значение «веса» не может быть постоянным для разных географических точек Земли (зависит от ускорения свободного падения). Следовательно, принципиально неправильно характеризовать свойство древесины переменным показателем.Плотность (раньше применялся термин «удельный вес») древесинного вещества, которое образует оболочки клеток, мало зависит от породы; это объясняется практически одинаковым химическим составом древесины различных пород. Относительная плотность древесинного вещества представляет собой безразмерную величину, равную отношению плотности рд совокупности веществ, слагающих клеточную оболочку, к плотности воды при 3,98° С:

Читайте также:  Мать и мачеха от какого кашля

Имеются различные способы определения величины d. Например, этот показатель можно установить путем погружения очень тонких (микротомных) срезов древесины в раствор азотнокислого кальция разной концентрации; плотность раствора, в котором срезы останутся во взвешенном состоянии, будет равна плотност и древесинного вещества. В зависимости от способа определения значения d несколько различаются. По данным различных авторов, d находится в пределах 1,499—1,564 и в среднем принимается равной 1,54. Плотность древесины определяется по формуле:

где pw — плотность древесины при данной влажности W, кг/см 3 ; mw — масса образца древесины при влажности W, кг; Vw — объем древесины при влажности W, м 3 .

Для экспериментального определения плотности древесины используют образцы в виде прямоугольной призмы основанием 20X20 мм и высотой (вдоль волокон) 30 мм. Массу образца можно установить единственным методом — взвешиванием на рычажных весах. Взвешивание проводится на весах с точностью до 0,001 г. Объем образца может быть определен двумя способами: по трем линейным измерениям (ширине, толщине и высоте) и специальным прибором — объемомером. Кроме того, необходимо установить влажность образца в момент испытаний и иногда коэффициент объемного разбухания. Для этого приходится образец доводить в сушильном шкафу до абсолютно сухого состояния и измерять его массу (иногда объем).

Для определения объема по первому методу ширину и толщину образца измеряют посередине высоты, а высоту — между центрами оснований. Измерение проводят каким-либо мерительным инструментом (микрометром, штангенциркулем, прибором с индикаторами часового типа и т. д.) с точностью до 0,01 мм. Объем образца равняется произведению полученных трех величин и выражается в долях кубического метра. Вполне очевидно, что точность определения объема образца по описанному способу зависит от тщательности изготовления образца и может снижаться, если образец по форме отличается от прямоугольного параллелепипеда. При использовании объемомера образец может иметь любую форму, так как прибор основан на измерении объема несмачивающей древесины жидкости после погружения в нее образца. Объем образца вычисляется с точностью 0,01 см 3 по формуле:

где п — цена одного деления круговой шкалы на обойме.

Подставив найденные значения mw и Vw в формулу, плотность вычисляют с точностью до 1 кг/м 3 . Плотность существенно зависит от влажности древесины. В справочной литературе обычно приводятся данные о плотности древесины при влажности 15% (p15). Иногда в расчетах участвуют значения плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Часто приходится оперировать данными о плотности и при других значениях влажности. Указанные показатели можно определить непосредственно экспериментальным путем по массе и объему образца, соответствующей заданной влажности.

Однако часто бывает достаточно определить плотность при любой влажности ниже или выше предела гигроскопичности, а затем, используя пересчетные формулы, получить сначала значение р15, а затем искомую величину плотности при заданной влажности. Если в момент испытаний влажность образца находилась в диапазоне от нуля до предела гигроскопичности (т. е. до 30%) по любому найденному значению плотности можно вычислить плотность при влажности 15% по формуле:

где p15 — плотность древесины при влажности 15%; pw — плотность древесины в момент испытаний; W — влажность образца, изменяющаяся в диапазоне от 0 до 30%; Кр.об — коэффициент объемного разбухания, %. Принимая в среднем для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы Kр. , равным 0,6, получим из формулы следующее выражение:

Читайте также:  Провод для сигнализации в квартире

Для остальных пород при Кр.об, равном 0,5, плотность р15 можно вычислить но формуле:

Формулы используются в том случае, если в процессе испытаний не определяется точного фактического значения коэффициента разбухания. Если влажность древесины в момент испытаний составляет более 30%, для пересчета найденной плотности к p15 используют следующие формулы: для древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы:

для древесины остальных пород:

Для многих расчетов очень удобно иметь характеристику плотности древесины, не зависящую от ее влажности,— условную плотность древесины. Условная плотность древесины определяется по формуле:

где mо — масса образца древесины в абсолютно сухом состоянии, кг; Vmax — объем образца при влажности выше предела гигроскопичности, м 3 .

Экспериментальным путем условную плотность древесины определяют на образцах (20X20X30 мм), выпиленных из предварительно выдержанных в воде (до приобретения максимального объема) заготовок. Измеряют длину, ширину и толщину каждого образца и на основании этих данных определяют Vmax. Затем образцы сушат и устанавливают массу в абсолютно сухом состоянии— mо. Подставив найденные значения в формулу, вычисляют русл с точностью до 1 кг/м 3 . Величина условной плотности очень близка к величине плотности древесины в абсолютно сухом состоянии. Соотношение между этими показателями выражается формулой:

где У — полная усушка. Условную плотность древесины белой акации, березы, бука, граба и лиственницы можно вычислить также, если известно значение p15 по формуле:

Условную плотность остальных пород — по формуле:

Величина плотности древесины различных пород изменяется в очень широких пределах: среди наших пород древесину с очень малой плотностью имеет пихта сибирская (380), ива белая (420) и др., а наиболее плотную — самшит (970), береза железная (980), саксаул (1050) и ядро фисташки (1110). По плотности древесины при 15% -ной влажности все наши породы можно разделить на три группы:

породы малой плотности (плотность 550 и менее); к этой группе из хвойных пород относятся сосна, ель (все виды), пихта (все виды), кедр (все виды), можжевельник обыкновенный, из лиственных — тополь (все виды), липа (все виды), ива (все виды), осина, ольха черная и белая, каштан посевной, орех белый, серый и маньчжурский, бархат амурский;

породы средней плотности (плотность 560—750); в эту группу входят из хвойных пород лиственница (все виды) тисс, из лиственных — береза бородавчатая, пушистая, желтая и черная, бук восточный и европейский, вяз, груша, дуб летний, восточный, болотный, монгольский, ильм, карагач, клен (все виды) , лещина, орех грецкий, платан, рябина, хурма, яблоня, ясень обыкновенный и маньчжурский;

породы высокой плотности (плотность 760 и выше): акация белая и песчаная, береза железная, гледичия каспийская, глоговина, гикори белый, граб, дзельква, дуб каштанолистный и араксинский, железное дерево, земляничное дерево, кизил, маклюра, саксаул белый, самшит, фисташка и хмелеграб.

Среди иноземных пород есть как с очень малой (например, бальза из тропической зоны Южной Америки, 100—130), так и с очень высокой плотностью (например, бакаут с плотностью 1350). Средние значения плотности p15 и русл для наиболее распространенных пород приведены в табл. 19.

Таблица 19. Средние значения плотности р15 и русл.

Оставьте ответ

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *